Endothélium

L’endothélium cornéen constitue la couche la plus interne de la cornée, la séparant de l’humeur aqueuse dans la chambre antérieure de l’œil (Fig. 61.1). L’endothélium est constitué d’une seule couche (environ 4 µm) de cellules épithéliales squameuses, caractérisées par l’expression distincte de pompes ioniques telles que Na+/K+/ATPase et de protéines à jonction serrée telles que ZO-1 (Tableau 61.1). Cette couche sert de barrière pour maintenir l’état de déshydratation cornéenne approprié via un mécanisme de fuite de pompe.

La perte ou le dysfonctionnement des cellules endothéliales cornéennes (CEC) crée une accumulation excessive de liquide dans la cornée, entraînant un gonflement progressif, une désorganisation stromale, une réduction de la transparence et une altération de la vision. Les principales causes de perte et de dysfonctionnement de l’endothélium cornéen sont la dystrophie endothéliale, un traumatisme / une chirurgie ou une uvéite antérieure chronique. La dystrophie endothéliale cornéenne de Fuchs et la dystrophie endothéliale héréditaire congénitale sont parmi les dystrophies endothéliales cornéennes les plus courantes causées par des mutations génétiques et des facteurs environnementaux potentiels. Une autre cause fréquente de dystrophie endothéliale, la kératopathie bulleuse pseudophakique, est induite par des dommages à l’endothélium lors d’une chirurgie de la cataracte. Le diabète et le vieillissement sont également des facteurs de risque importants de perte endothéliale cornéenne.

Contrairement aux cellules épithéliales qui peuvent se réparer par prolifération, les CEC adultes ont une capacité proliférative limitée. Au lieu de cela, les cellules endothéliales ont tendance à se réparer en glissant vers la zone de lésion et en élargissant les cellules adjacentes. Bien que ce mécanisme maintienne la barrière endothéliale cornéenne après une blessure, il réduit également la densité des cellules endothéliales et modifie leur morphologie hexagonale et leur capacité de pompage. Lorsque la réduction de la densité cellulaire atteint une plage de 500 à 1000 cellules / mm2 ou moins, la seule option thérapeutique disponible est la transplantation cornéenne partielle ou complète. Actuellement, la transplantation cornéenne pour perte endothéliale représente 60% de toutes les transplantations cornéennes effectuées aux États-Unis.

Pour surmonter les pénuries de donneurs de tissus cornéens décrites ci-dessus, les premiers efforts ont porté sur l’isolement et l’expansion ex vivo des CEC primaires. La première culture réussie de CEC humains a été signalée en 1965. Depuis lors, plusieurs modifications dans les techniques d’isolement, les substrats de la matrice extracellulaire et les milieux de culture ont été développées pour surmonter la capacité de propagation limitée des cellules et la perte du phénotype CEC en culture. Par exemple, Okumura et coll. a examiné l’expression de différentes isoformes de laminine dans la cornée et a identifié la laminine-511 et la 521 comme les formes de laminine prédominantes dans le DM adulte. En utilisant ces deux laminines comme substrat pour la culture in vitro de CEC humains, ils ont réussi à améliorer considérablement l’attachement, la survie et l’expansion des CEC. D’autres groupes ont essayé de cultiver des CEC humains sur des DMS dérivés de donneurs humains comme substrats. L’avantage de cette approche est qu’elle imite l’environnement cornéen in vivo pour obtenir un maintien et une croissance appropriés de la CEC. L’importance du DM dans le soutien de l’expansion de la CEC a également été confirmée par une étude récente menée sur un modèle de lésion endothéliale cornéenne du lapin. Grâce à cela, il a été démontré que l’absence de DM altérait la migration native des CEC et la régénération de la cornée.

Malgré les avantages, l’utilisation d’échafaudages complique la livraison dans la cornée, nécessitant des interventions chirurgicales élaborées. Une approche beaucoup plus simple serait de délivrer des CEC en suspension cellulaire. L’injection de cellules en suspension permettrait des méthodes de fabrication plus simples et serait théoriquement moins invasive. Cependant, cette approche augmente le risque d’élimination des cellules injectées par le flux d’humeur aqueuse, limitant la survie cellulaire et la greffe dans la cornée. Deux méthodes développées pour améliorer l’administration de suspensions cellulaires dans l’endothélium cornéen comprennent l’utilisation d’une administration guidée par champ magnétique et la coinjection de cellules avec un inhibiteur de ROCHE. Pour la livraison de cellules magnétiques, les CEC sont étiquetés avec des particules magnétiques et livrés à l’emplacement approprié sur la surface cornéenne postérieure à l’aide d’un aimant externe. Dans un exemple récent, des CEC ont été marqués avec des nanoparticules superparamagnétiques et injectés dans la chambre oculaire antérieure de lapins adultes atteints de CEC. De même que les CEC natives, les cellules injectées ont formé une monocouche et restauré la transparence cornéenne sans aucun effet indésirable. Alternativement, Okumura et al. coinjection utilisée de CEC avec l’inhibiteur de ROCHE Y27632 pour améliorer la survie et la prolifération des CEC. Cette approche a permis une meilleure prise de greffe des cellules et une meilleure récupération de la transparence cornéenne dans un modèle de lésion cornéenne chez le lapin. Ces effets salutaires ont été confirmés dans un modèle de dystrophie endothéliale cornéenne chez le singe, ce qui a conduit au lancement d’études cliniques chez l’homme. En 2018, le même groupe a rapporté les résultats d’une transplantation de CEC, en association avec un inhibiteur de ROCHE, chez 11 patients atteints de kératopathie bulleuse; plus de 80% des patients traités ont montré une récupération de l’épaisseur de la cornée et une amélioration de l’acuité visuelle 24 semaines après le traitement. Cette étude a fourni la première preuve clinique que la transplantation mini-invasive de CEC humaines cultivées peut être utilisée comme une nouvelle option thérapeutique pour traiter le dysfonctionnement endothélial cornéen. Dans le même temps, il a soulevé des questions concernant le développement futur de cette approche. Ceux-ci comprennent la nécessité de déterminer une tranche d’âge des donneurs appropriée pour la production de CEC transplantables de haute qualité, la contribution mécaniste de l’inhibiteur de ROCHE aux résultats cliniques, le dosage précis des cellules pour équilibrer l’efficacité et la sécurité, et le développement d’un moyen de suivre le devenir des cellules livrées après la transplantation. De plus, la disponibilité limitée de CEC de donneurs de haute qualité et la capacité limitée des cellules à se développer in vitro mettent en pause certains défis importants pour la traduction clinique de cette approche.

Pour cette raison, plusieurs groupes ont essayé de générer des cellules de type CEC à partir d’autres sources de cellules souches, telles que les CSM, les cellules dérivées de la peau, les cellules stromales cornéennes et les CSP. Ces études ont appliqué notre compréhension actuelle du développement embryonnaire des CEC en isolant les populations progénitrices présumées de CEC, telles que les CCN, des cellules primaires et en les différenciant en cellules plus matures de type CEC. Par exemple, des cellules du stroma cornéen et des précurseurs dérivés de la peau contenant des NCC ont été isolés et cultivés en présence d’acide rétinoïque et d’inhibiteur de la GSK 3β (activateur de la voie de signalisation Wnt) pour induire des cellules de type CEC. Ces cellules ont montré une régulation positive de Pitx2, un facteur de transcription clé pour le développement du segment oculaire antérieur, ainsi qu’une régulation positive des marqueurs CEC Atp1a1 et Cdh2. Il est important de noter que les cellules présentaient des caractéristiques fonctionnelles des CEC, telles que la fonction de la pompe. Lorsque les cellules ont été transplantées en utilisant une feuille de collagène comme support, elles ont restauré la vision dans un modèle de kératopathie de lapin. En utilisant une approche similaire, Shen et al. précurseurs dérivés de la peau différenciés par coculture avec B4G12, une lignée humaine immortalisée de CEC. Dans la semaine suivant la différenciation, les cellules présentaient une expression marquée de marqueurs CEC typiques. La transplantation de ces cellules a permis de rétablir avec succès l’épaisseur et la transparence cornéennes dans les modèles de dystrophie endothéliale cornéenne chez le lapin et le singe.

Les NCC peuvent également être générés in vitro à partir de PSCs, offrant une source illimitée et extensible de cellules pour une application clinique. Zhang et coll. a signalé la différenciation des CES humaines en cellules précurseurs mésenchymateuses périoculaires (POMP), un sous-type de NCCS, par coculture transwell avec des cellules stromales cornéennes humaines. Ces pompes induites ont été cultivées dans des milieux conditionnés à partir de cellules épithéliales cristallines, et la différenciation a été confirmée en testant l’expression génique de marqueurs CEC typiques tels que la N-Cadhérine, FoxC1 et PITX2. Pour enrichir les cellules de type CEC, les cellules ont ensuite été triées et ensemencées sur une matrice cornéenne porcine décellularisée, suivie d’une transplantation réussie et d’une induction de la réparation cornéenne dans un modèle de dystrophie cornéenne de lapin.

Pour éviter l’utilisation de matériel xénogénique provenant de cornées décellularisées, des approches récentes utilisent des composés à petites molécules et des facteurs de croissance sans xénogreffe pour induire le devenir des cellules CEC. Plusieurs groupes, par exemple, ont montré une différenciation des CSP en CCN suite à l’inhibition de la voie TGFß/ SMAD. Ces NCC ont ensuite été cultivés dans des milieux contenant du PDGF-BB et du Dkk2, ce qui a induit les cellules à acquérir l’aspect hexagonal et à exprimer des marqueurs moléculaires des cellules CEC. Fait important, les cellules pourraient déposer du collagène générant un DM généré in vitro et exprimer des composants majeurs de la fonction de pompe endothéliale cornéenne tels que Na + K + ATPasea1. Bien que prometteur, l’aspect fonctionnel de ces cellules de type CEC dérivées du PSC attend des études plus approfondies. Certaines questions futures critiques incluent la capacité de ces cellules de type CEC dérivées de la CFP à fonctionner comme une barrière contre les fuites et à maintenir l’état de déshydratation de la cornée, ainsi que l’exploration de leur potentiel thérapeutique in vivo.